El carbono pirolítico es un material similar al grafito , pero con algunos enlaces covalentes entre sus láminas de grafeno como resultado de imperfecciones en su producción.
El carbono pirolítico es creado por el hombre y se cree que no se encuentra en la naturaleza. [1] Generalmente se produce calentando un hidrocarburo casi hasta su temperatura de descomposición y permitiendo que el grafito cristalice ( pirólisis ).
Un método consiste en calentar fibras sintéticas al vacío , produciendo fibras de carbono .
Se utiliza en aplicaciones de alta temperatura, como conos de nariz de misiles , motores de cohetes, escudos térmicos, hornos de laboratorio, en plástico reforzado con grafito , en el recubrimiento de partículas de combustible nuclear y en prótesis biomédicas .
Las muestras de grafito pirolítico suelen tener un único plano de clivaje , similar a la mica , porque las láminas de grafeno cristalizan en un orden planar, a diferencia del carbono pirolítico , que forma zonas microscópicas orientadas aleatoriamente. Debido a esto, el grafito pirolítico exhibe varias propiedades anisotrópicas inusuales . Es más conductor térmico a lo largo del plano de clivaje que el carbono pirolítico, lo que lo convierte en uno de los mejores conductores térmicos planares disponibles.
El grafito pirolítico forma cristales de mosaico con mosaicidades controladas hasta unos pocos grados.
El grafito pirolítico también es más diamagnético ( χ = −4×10 −4 ) contra el plano de clivaje, exhibiendo el mayor diamagnetismo (en peso) de cualquier diaimán a temperatura ambiente. En comparación [ dudoso – discutir ] , el grafito pirolítico tiene una permeabilidad relativa de 0,9996, mientras que el bismuto tiene una permeabilidad relativa de 0,9998 ( tabla ).
Son pocos los materiales que pueden levitar magnéticamente de forma estable por encima del campo magnético de un imán permanente. Aunque la repulsión magnética se consigue de forma obvia y sencilla entre dos imanes cualesquiera, la forma del campo hace que el imán superior se empuje hacia los lados, en lugar de permanecer apoyado, lo que hace imposible la levitación estable de los objetos magnéticos (véase el teorema de Earnshaw ). Sin embargo, los materiales fuertemente diamagnéticos pueden levitar por encima de imanes potentes.
Con la fácil disponibilidad de los imanes permanentes de tierras raras desarrollados en las décadas de 1970 y 1980, el fuerte diamagnetismo del grafito pirolítico lo convierte en un material de demostración conveniente para este efecto.
En 2012, un grupo de investigación en Japón demostró que el grafito pirolítico puede responder a la luz láser o a la luz solar natural suficientemente potente girando o moviéndose en la dirección del gradiente de campo. [2] [3] La susceptibilidad magnética del carbono se debilita con una iluminación suficiente, lo que lleva a una magnetización desequilibrada del material y al movimiento cuando se utiliza una geometría específica.
Debido a que los coágulos de sangre no se forman fácilmente sobre él, a menudo es recomendable revestir una prótesis en contacto con la sangre con este material para reducir el riesgo de trombosis . Por ejemplo, se utiliza en corazones artificiales y válvulas cardíacas artificiales . Los stents de los vasos sanguíneos , por el contrario, a menudo se recubren con un polímero que tiene heparina como grupo colgante, confiando en la acción de los fármacos para prevenir la coagulación. Esto se debe, al menos en parte, a la fragilidad del carbón pirolítico y a la gran cantidad de deformación permanente que sufre un stent durante la expansión.
El carbón pirolítico también se utiliza en medicina para recubrir implantes ortopédicos anatómicamente correctos, también conocidos como articulaciones de reemplazo . En esta aplicación, actualmente se comercializa con el nombre de "PyroCarbon". Estos implantes han sido aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. para su uso en la mano para reemplazos metacarpofalángicos (nudillos). Son producidos por dos empresas: Tornier (BioProfile) y Ascension Orthopedics. [6] El 23 de septiembre de 2011, Integra LifeSciences adquirió Ascension Orthopedics. Los implantes de carbón pirolítico de la empresa se han utilizado para tratar a pacientes con diferentes formas de osteoartritis. [7] [8] En enero de 2021, Integra LifeSciences vendió su empresa de ortopedia a Smith+Nephew por 240 millones de dólares. [9]
La FDA también ha aprobado los reemplazos de articulaciones interfalángicas PyroCarbon bajo la Exención de Dispositivos Humanitarios . [10]